LTB vs DTB vs GIS: Vergelijking van hogespanningsafbrekers

De basisbetekenis van een hoogspanningsklem is, kort gezegd, dat onder normale omstandigheden wordt gebruikt om circuits, voeders of specifieke lasten—zoals die verbonden met transformatoren of condensatorenbanken—te openen (onderbreken, uitschakelen) en te sluiten (sluiten, herinschakelen). Wanneer er een fout optreedt in het elektriciteitsnetwerk, activeren beschermrelais de klem om zowel belastingsstroom als kortsluitstroom te onderbreken, waardoor veilig werken van het elektriciteitsnetwerk wordt gewaarborgd. 

Een hoogspanningsklem is een type hoogspanningsomzetapparaat—ook wel "hoogspanningsklem" genoemd—en is een van de belangrijkste apparaten in een transformatorhuis. Echter, vanwege de strenge veiligheidsvereisten van hoogspanningstransformatorhuizen, kunnen personeelsleden meestal niet het transformatorhuis betreden om dichtbij of fysiek toegang te krijgen tot deze apparaten. In het dagelijks leven ziet men doorgaans alleen hoogspanningslijnen op afstand en zelden deze schakelaars.

Dus, hoe ziet een hoogspanningsklem er eigenlijk uit? Vandaag bespreken we kort de algemene classificaties en structuurtypes van klemmen. Anders dan de laagspanningschakelaars die we in het dagelijks leven tegenkomen—which typically use only air as the arc-quenching medium—hoogspanningsklemmen eisen extreem hoge prestaties qua isolatie en boogonderbreking, en vereisen daarom speciale boogonderbrekingsmedia om elektrische veiligheid, isolatieintegriteit en effectieve boogonderbreking te garanderen. (Voor meer details over isolatiemedia, verwijzen wij u naar onze komende artikelen.)

Er zijn twee hoofdclassificatiemethoden voor hoogspanningsklemmen:

1. Classificatie volgens boogonderbrekingsmedium:

(1) Olieklemmen: Verder verdeeld in bulk-olie en minimum-olietypes. In beide typen openen en sluiten de contacten binnen olie, gebruikmakend van transformatolie als boogonderbrekingsmedium. Vanwege beperkte prestaties zijn deze types grotendeels afgeschaft.

(2) SF₆ of milieuvriendelijke gas klemmen: Gebruiken zeshexafluoride (SF₆) of andere milieuvriendelijke gassen als zowel isolerend als boogonderbrekend medium.

(3) Vacuüm klemmen: De contacten openen en sluiten in een vacuüm, waar de boogonderbreking plaatsvindt onder vacuümcondities.

(4) Vaste stof boogonderbrekende klemmen: Gebruiken vaste boogonderbrekende materialen die onder hoge temperatuur van een boog ontbinden, waardoor gas wordt geproduceerd om de boog te doven.

(5) Compressieluchtklemmen: Gebruiken hoge druk gecomprimeerde lucht om de boog te blazen.

(6) Magnetische blazende klemmen: Gebruiken een magnetisch veld in lucht om de boog in een boogkanaal te drijven, waar deze wordt gestrekt, gekoeld en gedoofd.

Tegenwoordig gebruiken hoogspanningsklemmen voornamelijk gassen—zoals SF₆ of milieuvriendelijke alternatieven—als zowel isolatie- als boogonderbrekend medium. In de middenspanningsklasse domineren vacuüm klemmen de markt. Vacuümtechnologie is zelfs uitgebreid tot spanningniveaus van 66 kV en 110 kV, waar vacuüm klemmen al zijn ontwikkeld en geïmplementeerd.

2. Classificatie volgens installatieplaats:

Binnen- en buitenmodel.

Daarnaast kunnen hoogspanningsklemmen worden ingedeeld in drie structuurtypes, gebaseerd op de isolatiemethode ten opzichte van de grond:

1) Live-Tank Klem (LTB):
Ook simpelweg LTB genoemd. Volgens de definitie is dit een klem waarin de onderbrekingskamer zich bevindt in een behuizing die geïsoleerd is van de aarde. Structuurtechnisch heeft het een post-isolatordesign. De onderbreker bevindt zich op hoge potentie, verpakt in porselein of composietisolator, en geïsoleerd van de grond via steunisolatoren.

Belangrijke voordelen: Hogere spanningklassen kunnen worden bereikt door meerdere onderbrekingsunits in serie te verbinden en de hoogte van de steunisolatoren te verhogen. Het is ook relatief goedkoop.

Apparatuur gebaseerd op LTB vormt Luchtgeïsoleerde Schakelaars (AIS), en transformatorhuizen gebouwd met AIS staan bekend als AIS-transformatorhuizen. Deze bieden lage investeringen en eenvoudige onderhoud, maar vergen grote oppervlakten en frequente onderhoud. Ze zijn geschikt voor landelijke of bergachtige gebieden waar ruimte overvloedig is, milde omstandigheden heersen en budgetten beperkt zijn.

2) Dead-Tank Klem (DTB):
Ook afgekort als DTB. Gedefinieerd als een klem waarin de onderbrekingskamer zich bevindt in een aangesloten metalen tank. Het geleidende pad wordt geleid via bushings.

Cruciaal, het fundamentele verschil tussen LTB en DTB ligt in de aarding: bij DTB is de tank op aardpotentieel.

Voordelen zijn de mogelijkheid om stroomtransformatoren (CT's) direct op de bushings te integreren, compacte structuur, aanzienlijk kleiner oppervlak vergeleken met LTB, betere milieuveerkrachtigheid (geschikt voor zware omstandigheden), en lagere zwaartepunt—resultaat in superieure seismische prestaties. Het belangrijkste nadeel is hogere kosten.

Schakelaars gebaseerd op DTB staan bekend als Hybride Gasgeïsoleerde Schakelaars (HGIS), en het resulterende transformatorhuis wordt HGIS-transformatorhuis genoemd.

3) Volledig gesloten gecombineerde structuur – Gasgeïsoleerde Metalen Gesloten Schakelaar, vaak aangeduid als GIS (Gasgeïsoleerde Schakelaar) in hoogspanningsapplicaties. Deze term dekt breed dergelijke apparatuur. Het klemcomponent zelf kan ook specifiek worden aangeduid als GCB (Gasgeïsoleerde Klem).

Hoewel vergelijkbaar met DTB in dat de onderbreker is afgesloten, verschilt GIS doordat het niet alleen de klem integreert, maar ook andere essentiële transformatorhuiscomponenten—waaronder ontkoppelingschakelaars, aardingschakelaars, instrumenttransformatoren, overvoltageschermen, en busbars—all sealed within a grounded metal enclosure filled with pressurized SF₆ (or alternative insulating gas). Connections to external overhead lines are made via bushings or dedicated gas compartments.

Transformatorhuizen op deze manier gebouwd staan bekend als GIS-transformatorhuizen (of Gasgeïsoleerde Transformatorhuizen volgens IEEE-normen). GIS is ideaal voor stedelijke gebieden waar grond duur is, of voor cruciale faciliteiten zoals grote waterkracht- of kerncentrales die ultra-hoge betrouwbaarheid vereisen.

Nu moeten de onderscheidingen tussen hoogspanningsklemtypen—LTB, DTB, GCB—and the corresponding substation configurations—AIS, HGIS, GIS—duidelijk zijn.